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Flammensynthese kleinster Partikel: Modellierungsstrategien für die Partikelproduktion in turbulenten, reaktiven Strömungen

微小颗粒的火焰合成：湍流、反应流中颗粒产生的建模策略

基本信息

批准号：
200341289
负责人：
Professor Dr. Andreas Kronenburg
金额：
--
依托单位：
Institut für Technische Verbrennung (ITV)
依托单位国家：
德国
项目类别：
Research Grants
财政年份：
2011
资助国家：
德国
起止时间：
2010-12-31 至 2017-12-31
项目状态：
已结题

来源：
https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/200341289?language=en
关键词：
Flammensynthese kleinster Partikel Modellierungsstrategien die

项目摘要

Die Simulation der Partikelsynthese in turbulenten Flammen sollte vielfältige Prozesse wie Partikelnukleation, Wachstum, Chemie, Turbulenz und ihre Interaktionen umfassen. Oft werden jedoch viele der Wechselwirkungen vernachlässigt, und der vorliegende Antrag wird sich nun in erster Linie mit den Einflüssen der Turbulenz auf Keimbildung, Wachstum und Chemie befassen. Für industrienahe Anwendungen ist die derzeit wohl vielversprechendste Methode für eine detailgetreue numerische Simulation instationärer, turbulenter Strömungen die Large-Eddy-Simulation (LES oder Grobstrukturanalyse). Wechselwirkungen zwischen Turbulenz, Chemie und Partikel sind in einer LES Feinstrukturprozesse, die auf dem Rechengitter nicht aufgelöst werden und deshalb modelliert werden müssen. Die Feinstrukturprozesse sind zudem experimentell extrem schwer zu erfassen, und Modelle, die eine deterministische Implementierung der relevanten Erhaltungsgleichungen erfordern würde, sind weitestgehend unbekannt. Deshalb bieten sich stochastische Ansätze für die Lösung der Transportgleichung für die Teilchenzahl (population balance equation (PBE) oder generalized dynamic equation (GDE)) an, da hier die Interaktionen zwischen Teilchen und der Chemie in geschlossener Form vorliegen. Eine Implementierung mit Hilfe einer “stochastic fields” oder einer gewöhnlichen partikelbasierten PDF/Monte Carlo Methode ist jedoch extrem rechenaufwändig. Aus diesem Grunde ist eine LES auch noch nie für die Simulation einer Partikelflammensynthese benutzt worden. Anknüpfend an jüngste Fortschritte in der Verbrennungs-LES werden im Rahmen dieses grundlagenorientierten Projekts eine “sparse particle” Multiple Mapping Conditioning (MMC) Methode für die Partikelsynthese weiterentwickelt und eine quantitative Analyse der wechselwirkenden Prozesse Turbulenz, Partikelbildung, Partikelwachstum und Verbrennung angestrebt. LES-MMC verspricht im Vergleich zu LES-PDF/Monte Carlo Methoden eine potentielle Reduktion der Simulationszeiten um etwa zwei Größenordnungen, und die LES einer Partikelsynthese erscheint somit erstmals realisierbar. Zwei Konfigurationen sollen untersucht werden: Aufgrund unzureichender experimenteller Daten sollen die neuen Modelle mit Hilfe einer direkten numerischen Simulation (DNS) einfacher Scherströmungen validiert werden. In der zweiten Antragsphase werden Siliziumdioxid Partikel in einer Flammensynthese hergestellt, und die gewählte Konfiguration lässt einen starken Einfluss der Turbulenz und Temperaturschwankungen auf die Partikelmorphologie erwarten. Dies ermöglicht eine Validierung einer Modellierung, die auch Form und Morphologie der Partikel berücksichtigt.

湍流中的粒子合成模拟通过粒子核化、Wachstum、化学、湍流和相互作用进行模拟。通常，我们会看到 Wechselwirkungen vernachlässigt 和 der vorliegende Antrag wird sich nun in erster Linie mit den Einflüssen der Turbulenz auf Keimbildung、Wachstum 和 Chemie befassen。工业分析是在大涡流模拟（LES 或 Grobstrukturanalysis）中进行详细数值模拟的方法。 Wechselwirkungen zwischen Turbulenz、Chemie und Partikel sind in the LES Feinstrukturprozesse, die auf dem Re Chengitter nicht aufgelöst werden und deshalb modelliert werden müssen。 Die Feinstrukturprozesse sind zudem Experimentell extrem schwer zu erfassen, und Modelle, die eine defistische Implementierung der relateden Erhaltungsgleichungen erfordern würde, sind weitestgehend unbekannt. Deshalb bieten sich stochastische Ansätze für die Lösung der Transportgleichung für die Teilchenzahl（人口平衡方程 (PBE) 或广义动态方程 (GDE)）和 geschlossener Form vorliegen 中的 Interaktionen zwischen Teilchen und der Chemie。 Eine Implementierung mit Hilfe einer “stochastic fields” order einer gewöhnlichenpartikelbasierten PDF/Monte Carlo Methode ist jedoch extrem rechenaufwändig. Aus diesem Grunde ist eine LES auch noch nie für die Analog einer Partikelflammensynthese benutzt worden。 Anknüpfend an jüngste Fortschritte in der Verbrennungs-LES werden im Rahmen dieses grundlagenorientierten Projekts eine“稀疏粒子”多重映射条件（MMC）方法用于粒子合成微特伦特维克尔特和定量分析der wechselwirkenden Prozesse Turbulenz， Partikelbildung、Partikelwachstum 和 Verbrennung angestrebt。 LES-MMC 是在 LES-PDF/Monte Carlo 方法的基础上实现的，它可以简化模拟过程，并且使 LES 的粒子合成能够实现最初的现实。 Zwei Konfigurationen sollen untersucht werden: Aufgrund unzureichender Experimenteller Daten sollen die neuen Modelle mit Hilfe einer direkten numerischen Simulation (DNS) einfacher Scherströmungen validiert werden.在二氧化硅颗粒的两相中，在弗拉门合成体中，以及在颗粒形态学中的湍流和温度变化中的结构配置。模型的验证和零件的形式和形态。